央視網(wǎng)訊 不怕摔、顯示屏可隨意彎曲；敏銳跟蹤，讓癌細(xì)胞無處遁形……“聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）”材料，可大大加速這些神奇功能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的過程。
17年前，中科院院士、香港科技大學(xué)講座教授唐本忠團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上率先提出“聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）”——這項(xiàng)中國(guó)人改寫光物理課本的發(fā)現(xiàn)，開辟了具有原創(chuàng)性和國(guó)際引領(lǐng)性的基礎(chǔ)科學(xué)研究全新領(lǐng)域。這一成果獲得2017年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
日常生活中，發(fā)光材料應(yīng)用非常廣泛。比如，以熒光粉為代表的發(fā)光材料，是目前照明和顯示技術(shù)的核心材料。紙幣及證件等采用的印刷防偽技術(shù)，采用的則是特殊油墨在紫外光照射下發(fā)出熒光的特性。
近年來，隨著人們對(duì)發(fā)光標(biāo)記材料探索的深入，它的應(yīng)用已進(jìn)入高靈敏生物檢測(cè)、成像和診療等領(lǐng)域。唐本忠說，熒光成像技術(shù)因其高靈敏、無損、生物相容性好、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，越來越多地被用于癌癥早期診斷中。
制備發(fā)光性能優(yōu)異的先進(jìn)材料，一直是科學(xué)家的追求目標(biāo)。然而，很多發(fā)光材料只有在溶液中才有較高的發(fā)光效率。早在20世紀(jì)中葉，德國(guó)科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)，發(fā)光分子在稀溶液中可高效發(fā)光，但在濃溶液中或聚集態(tài)下，發(fā)光能力大大減弱甚至消失，這就是傳統(tǒng)的“聚集猝滅發(fā)光ACQ”現(xiàn)象。
“聚集猝滅發(fā)光”現(xiàn)象就像有機(jī)發(fā)光材料的“阿喀琉斯之踵”，科學(xué)家一直試圖尋找克服它的方法。
2001年，唐本忠和他的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中，意外發(fā)現(xiàn)了一種與“聚集猝滅發(fā)光”截然相反的現(xiàn)象，即一類有機(jī)分子在溶液中不發(fā)光，而聚集后發(fā)光顯著增強(qiáng)。唐本忠敏銳地意識(shí)到其中可能包含著獨(dú)特的意義，經(jīng)過仔細(xì)研究和多次實(shí)驗(yàn)，他創(chuàng)造性地提出了“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”概念，英文簡(jiǎn)稱“AIE”。
越是聚集、越能發(fā)光，變身后的分子“性情大變”。舉一個(gè)形象的例子，傳統(tǒng)的ACQ分子像一群驍勇戰(zhàn)將，可集合在一起反而會(huì)互相掣肘，無法展現(xiàn)1+1=2的力量；而AIE材料則像多組列兵方陣，越是靠近就越是聲勢(shì)浩大。
“有時(shí)候，做研究需要跳出現(xiàn)有的思維框框，如果你觀察到與既有經(jīng)驗(yàn)不一樣的現(xiàn)象，第一反應(yīng)不應(yīng)該是回避，而應(yīng)該非常興奮地去追根溯源?！碧票局艺f。
“聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）”是我國(guó)科學(xué)家率先提出的原創(chuàng)性概念，開辟了發(fā)光材料的新領(lǐng)域。目前，全世界已經(jīng)有80多個(gè)國(guó)家和地區(qū)超過1500個(gè)研究單位的科學(xué)家進(jìn)入該領(lǐng)域，近兩年每年新增的SCI級(jí)的相關(guān)論文數(shù)均超過1000篇。
基于在“聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）”領(lǐng)域的研究成果，2014—2017年，唐本忠連續(xù)入選湯森路透材料和化學(xué)雙領(lǐng)域全球高被引科學(xué)家。同時(shí)，榮列湯森路透“全球最具影響力的科研精英”榜。
“原創(chuàng)的科研就像刨一口井，越往下發(fā)現(xiàn)的泉眼越多。如果只是跟蹤而無超越，思路早晚會(huì)枯竭”。唐本忠說。目前，唐本忠團(tuán)隊(duì)制備了一系列高性能的“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”材料，并與不同領(lǐng)域科研人員合作，推進(jìn)這類材料在光電、傳感、生物、醫(yī)療等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用。
在醫(yī)學(xué)、工業(yè)和環(huán)境領(lǐng)域，需要監(jiān)測(cè)各種物質(zhì)的含量。如，工業(yè)生產(chǎn)中某種離子和廢氣的濃度控制，空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)等。AIE材料對(duì)某些化學(xué)物質(zhì)有很強(qiáng)的特異性識(shí)別，例如，在稀溶液中無熒光的某種AIE化合物只會(huì)與某種特定離子作用，從而聚集并“點(diǎn)亮”，成為一種有效的檢測(cè)方法。
此外，由于AIE分子對(duì)外界環(huán)境條件變化敏感，如壓力、溫度、pH值等的變化都會(huì)通過影響聚集程度而對(duì)發(fā)光帶來影響。如此，可以利用AIE化合物檢測(cè)環(huán)境，比如，河水pH值、污染物成分和濃度等的變化。
目前，用于追蹤細(xì)胞的商業(yè)化熒光探針不僅成本居高不下，而大量使用時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)ACQ現(xiàn)象。微量使用雖然可以防止熒光猝滅，但在多次光學(xué)掃描后容易出現(xiàn)光漂白現(xiàn)象，從而導(dǎo)致熒光信號(hào)消失，難以滿足細(xì)胞器或活體體內(nèi)的監(jiān)測(cè)和成像需要。
唐本忠介紹，AIE材料擁有制備成本低、用量靈活度大、光穩(wěn)定性高等優(yōu)勢(shì)，日后有望成為人們觀測(cè)微觀世界的有力工具。
曾有人問唐本忠，做出好研究的秘訣，他的回答是：熱愛你的工作！做到這點(diǎn)，你就成功了一半。
“很隨和、非常有感染力，但做起研究來又非常嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)我們的要求非常高?！边@是唐本忠團(tuán)隊(duì)成員、華南理工大學(xué)教授秦安軍對(duì)老師的評(píng)價(jià)。
目前，唐本忠正通過他在香港科技大學(xué)、華南理工大學(xué)、浙江大學(xué)等高校的課題組推進(jìn)“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”材料的學(xué)術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。在他看來，概念創(chuàng)新是科學(xué)追求的圣杯，為鼓勵(lì)原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)，必須鼓勵(lì)挑戰(zhàn)精神和培育創(chuàng)新文化。我們不應(yīng)該被教科書上的知識(shí)禁錮，不必畏懼任何權(quán)威。因?yàn)榭茖W(xué)追求的最高境界是顛覆“常識(shí)”，通過概念突破而開辟新領(lǐng)域、創(chuàng)造新知識(shí)。
